[发明专利]具有可变孔隙率的蓄电池隔板

说明书

技术领域

本发明涉及用于电化学蓄电池组件的电极之间的隔板，且更具体地涉及将相对的电极彼此物理地隔离且容纳电解质以在蓄电池充电和/或放电循环期间使得离子从一个电极传输到另一个的多孔聚合物隔板。

背景技术

蓄电池隔板广泛地用于液体电解质蓄电池中，以防止给定蓄电池单元中的正电极和负电极之间的物理接触，同时允许电极之间的离子传输。一种蓄电池隔板是多孔或微孔聚合物隔板。这种隔板通常设置在电化学蓄电池单元内的正和负电极之间以将电极彼此物理地隔离且将液体电解质吸收到其多孔结构中。在蓄电池操作期间，在电负荷下放电时或者在从外部源施加的电压下充电时，通过与每个电极紧密物理接触，容纳液体电解质的隔板利于通过隔板的孔隙且在电极之间的离子传输。

取决于液体电解质蓄电池的具体应用，任何数量的独立蓄电池单元可以串联地、并联地或者以其各种组合设置，以满足应用的功率要求。例如，给定蓄电池单元通常能够产生主要基于所使用材料类型的已知电压，且具有主要基于所使用材料、部件（例如电极）的大小以及与电解质接触的电极表面面积的具体电流容量。为了从蓄电池获得期望电压，足够数量的独立单元串联地连接；例如，六个2伏单元可以串联地设置以获得12伏蓄电池。为了从蓄电池获得期望电流容量，多个这种单元组可以并联地连接或者并联连接的多个单元组可以串联地连接。当然，其它设置是可能的。

在使用电连接以实现有用功率水平的多个单元的蓄电池中，具有一个极性或另一个极性的多个电极可以彼此连接的一种方式是经由沿每个电极的相同边缘定位的公共导电连接。例如，各个电极有时均包括从相应边缘延伸的突片，从而每个极性的多个突片可以通过焊接或一些其它合适过程彼此连接，以在各个电极之间形成电连接。在一些蓄电池组件中，这种突片从每个电极的顶边缘或者从与其有关的电流集电器延伸。这种内部蓄电池连接还可以称为内部端子。

本文公开的主题的发明人已经认识到从包括如上文所述的内部端子的蓄电池结构可能引起的一些潜在问题且已经发现有助于消除所述问题的结构和方法。

发明内容

下文公开了制造用于电化学蓄电池单元（例如，锂离子蓄电池单元）的隔板的方法。这种隔板非常薄（例如，一直到大约50μm厚），且设置在蓄电池单元中的正和负电极之间与每个电极表面接触。它们可以是形状与电极互补的聚合物片材或膜的形式。例如，一些蓄电池电极形状为矩形，且以互补的方式，隔板膜形状也是矩形。隔板特征在于隔板材料或多种材料内的开口多孔结构。更具体地，隔板包括沿其长度和宽度在整个片材内分布的一系列孔隙，孔隙被互连，使得它们通过其厚度连接膜的相对表面。孔隙允许通过隔板的液体电解质流和离子传导。

本文的发明人已经认识到，隔板可形成为具有孔隙数量、尺寸和/或位置的变化，从而提供沿隔板和面对的电极的整个区域的更一致离子电流。根据下文阐述的结构和方法，该互连孔隙结构包括能以受控方式沿隔板的长度和/或宽度在尺寸、数量、间距和分布方面可变化的孔隙，广泛地限定可变孔隙率。蓄电池单元的每个电极和互补形状隔板的一端通常紧邻每个电极的电触头，通常是从每个电极延伸的金属突片的形式。这种突片可结合到和电连接到其它电极和/或蓄电池单元的突片以形成公共端子。下文所述的可变孔隙率隔板可在单元中定向为使得隔板的最远离突片的端部具有比隔板的定位最靠近突片的端部更高的孔隙率和更多离子传导性。可制备这种配置，以通过在最远离电极突片的较高孔隙率区域中允许通过隔板的较高离子传输水平而使得沿电极长度的否则不一致电流密度变得更一致。

利用典型隔板中包括孔隙以容纳液体电解质且经由液体电解质还允许通过孔隙的离子流的事实，本发明人已经发现通过控制孔隙的尺寸和分布来控制通过孔隙的离子流的先前未知方法，连同控制孔隙的尺寸和分布的方法一起，从而在同一隔板中可存在不同尺寸和分布的孔隙。使用下文所述的方法，不仅孔隙的尺寸和分布在同一隔板内可以控制和变化，而且不同尺寸的孔隙的位置和材料孔隙率的相应变化也可以在各个隔板内控制。